一种制氢制氧系统的制作方法

一种制氢制氧系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种制氢制氧系统，包括支撑装置和在支撑装置上设的相连的制氢制氧器和供电装置，制氢制氧器包括控制装置以及由其控制的相连接的输入输出装置和电解装置；其中，供电装置为太阳能电池板和风力发电机中的一种或者两种，制氢制氧器还包括壳体，控制装置设置在壳体的内部，输入输出装置穿过壳体设置，电解装置设置在壳体内；输入输出装置和电解装置由上至下依次相连接；输入输出装置与供电装置分别相连接。本实用新型以简单优化的结构使光能、风能可再生能源得到充分利用，降低了系统设备成本的同时也大量节约了能源，大幅提高了氢与氧的绿色生产的安全稳定性，实现了高效节约的绿色环保生产，适于在相关生产领域工业化推广应用。
【专利说明】一种制氢制氧系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及氢气与氧气的制备【技术领域】，尤其涉及一种制氢制氧系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着环保意识的提高以及环境保护法的加强，绿色化工成为化工发展的首要途径。在氢与氧的制备领域，电解水的方法因其无副产物而倍受青睐，在电解采用的装置和电能的来源分别进行了探索性的研究开发。
[0003]现有技术中，发明专利ZL200810013507.5公开了一种光电化学复合或耦合制氢制氧装置及方法，装置包括上部的太阳能电池和下部的光电化学池；上部的太阳能电池装置包括电极基板、光阳极、电解液和对电极；上部的太阳能电池为硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池、化合物半导体太阳能电池或聚合物太阳能电池等；下部的光电化学池包括光阳极、电解液和对电极。使用该装置时，在太阳光或模拟太阳光照射下，上部的太阳能电池发电，产生外加偏压，光电化学池的光阳极产生电势或能量。外加偏压与光电化学池光阳极所产生的电势或能量一起达到光电化学池中水的裂解能量，两个电极上分别产生氢气和氧气。该发明应用了绿色能源太阳能提供水电解的能源，操作也得到了优化，使用比较简单方便，但是在太阳能至电能的转换效率偏低，且易造成能源浪费，额外增加成本，不适于工业化推广应用。
[0004]实用新型专利ZL201120544683.9公开了一种风光互补海水制氢制氧系统，包括发电系统和电解系统，所述发电系统包括风力发电机、风力发电控制器、系统控制中心、太阳能电池板、太阳能发电控制器、蓄电池组和直流变换器，所述系统控制中心通过风力发电控制器连接风力发电机，所述系统控制中心通过太阳能发电控制器连接太阳能电池板，所述蓄电池组和所述直流变换器都与所述系统控制中心电连接，所述直流变换器与电解系统电连接。系统控制中心通过太阳能发电控制器控制太阳能电池板，还通过分离发电控制器控制风力发电机。该发电系统将光能和风能转化为电能为电解系统供电，降低了成本，减小了给市电系统带来的负担；但是，该发明的系统装置结构庞杂，生产效率不高。
[0005]发明专利ZL201010219892.6本提供了一种链式制氢制氧一体化方法，CuFe2O4与固体含碳物质作还原反应，得到还原产物Cu、Fe、FeO，其中Fe、FeO与水蒸气进行氧化反应，生成H2和Fe3O4,剩下的Cu再与Fe3O4、空气进行氧化反应，氧化生成CuFe204。CuFe2O4加热分解得到O2和CuFeO2Jf CuFeO2与空气进行氧化反应，再生形成CuFe2O4 ;实现上述方法的装置，以鼓泡流化床反应器、旋风分离器、密封阀和快速流化床为主要组件。该发明沿用传统的化学方法，通过链式连续制备得到H2和02，能获得较高纯度的H2和02，但是，其采用的材料较多，成本较高，不利于后续处理。
[0006]发明专利ZL201210050368.X提供了 一种发动机自动制氢制氧方法及其节能装置:采用化学催化和高温气体电解裂化制氢制氧的综合方法，在参与燃烧的水中添加总重量1-5%的催化剂和3-8%的消烟剂，利用发动机排气余热加热水分子，使蒸汽态的水分子变成高能气态，把高能气态的水分子在电解裂化器内电解裂化为富含氢、氧原子的可燃气体，再把可燃气体和燃油混合气或空气混合后一同送入汽缸燃烧作功。在装置方面的改进是在发动机的排气管上安装水分蒸发器和电解裂化器，在水分蒸发器上安装热电传感器，在供水箱上安装小水泵，在发动机进气歧管节气门的后方安装喷射喉管，电子控制器和节气门联动。该发明对于采用油料作为电解能源来源的制备领域来说，节油减排效果较好，但是，其不可避免地存在耗能耗材，以及环境污染问题。
[0007]因此，亟待研究开发出绿色高效能的制氢制氧设备，能够达到环保节能效果好、经济成本低、结构简单优化、适于大规模工业实践推广应用。
实用新型内容
[0008]本实用新型的目的是，针对现有技术存在的问题，提供一种制氢制氧系统，充分利用可再生能源，实现氢与氧的绿色生产，从而有效降低成本，利于实现高效节约的环保的工业化生产。
[0009]本实用新型解决问题的技术方案是:提供一种制氢制氧系统，包括支撑装置和在所述支撑装置上固定设置的相连接的制氢制氧器和供电装置，所述制氢制氧器包括控制装置以及由控制装置控制的相连接的输入输出装置和电解装置；其中，所述供电装置为太阳能电池板和风力发电机中的一种或者两种，所述制氢制氧器还包括壳体，所述控制装置设置在所述壳体的内部，所述输入输出装置穿过所述壳体设置，所述电解装置设置在所述壳体内；所述输入输出装置和电解装置由上至下依次相连接；所述输入输出装置与所述供电装置和控制装置分别相连接。
[0010]进一步地，在所述壳体内还设置有与所述电解装置相连接的光催化装置，所述光催化装置的设置使光能的利用更加充分，使水在电解的同时也能够进行光催化反应，从而使氢气与氧气的制备效率大幅提升。
[0011]进一步地，在所述壳体内还设置有加热装置，所述加热装置能够加热壳体内部的水，从而加速水的电解，进而提高氢气和氧气的产出效率。
[0012]进一步地，所述输入输出装置包括穿过所述壳体设置的负极接线端子、正极接线端子、信号接线端子、氧气输出口和氢气输出口 ；在所述电解装置与输入输出装置相对的一端设置有底座，所述底座上焊有三通管，所述三通管上安装有供水电磁阀和泄压排污阀；所述电解装置包括在所述壳体内设置的阴极管和阳极管，所述阳极管包裹在所述阴极管的外部，所述阴极管与所述底座相连接，在所述阴极管内部的空腔为氢气腔，所述阳极管与壳体之间的空腔为氧气腔；所述阴极管包括由上至下依次相连接的阴极导体和电解阴极，所述阳极管包括由上至下依次相连接的阳极导体和电解阳极；在所述电解阴极和电解阳极之间的空腔为储水腔，在所述电解阴极和电解阳极上均设有多个孔；所述储水腔与所述氢气腔的下部和氧气腔的下部相连通；所述氧气输出口与所述氧气腔相通；所述氢气输出口与所述氢气腔相通；所述三通管与所述储水腔相通；所述负极接线端子与所述正极接线端子分别与所述供电装置相连接；所述信号接线端子与所述控制装置相连接。其中，在所述电解阴极和电解阳极上多个小孔的设置，使所述储水腔与所述氢气腔的下部和氧气腔的下部达到有效连通，从而利于制得的氢气和氧气均匀而快速地进入氢气腔和氧气腔，也使得电解水用量得到保障，并方便电解水用量的控制。再者，所述底座设置，能够有效支撑保护电解装置，尤其是对电极管的保护得到有效增强，从而利于增强系统整体运行的安全稳定性；而所述底座上供水电磁阀和泄压排污阀的设置，则大大方便了电解用水的输送和排出，同时也便于及时泄压和排除电解水中的杂质沉淀以及其他污垢，从而进一步保障系统整体运行的安全稳定性。此外，所述阴极管和阳极管的管状结构设置，使电解阴极和电解阳极的电极面积增加，利于提闻电解的效率。
[0013]优选地，所述阳极导体和阴极导体通过隔电密封体相连接；所述输入输出装置和所述阴极管、阳极管、壳体之间的连接处通过隔电密封体密封连接；在所述阴极导体和阳极导体的外围均包裹有绝缘层。通过上述设置能够有效地使所述氢气腔和氧气腔达到隔电密封的相隔离效果；通过上述各绝缘和密封设置能够更好地保障所述制氢制氧器的电解装置运行安全稳定，其中，所述隔电密封体优选为耐腐蚀的绝缘塑料制品，质轻，便于安装设置。
[0014]优选地，在所述电解阴极和电解阳极之间设置有阴阳极隔离膜，所述阴阳极隔离膜为氢离子交换树脂膜。所述氢离子交换树脂膜只允许氢离子通过，其设置确保了氢气的纯度，而且，由于氢离子交换树脂膜很薄，电极与膜氢离子交换树脂之间的距离接近零，有效降低了内部阻抗，也减少了电能损失，使制氢制氧的效率大幅提高。
[0015]优选地，所述电解阳极上还设有能接收到阳光的光催化部，在所述阳极管外的壳体上设有透光管，所述光催化部与所述透光管的组合即为所述光催化装置，通过所述透光管透射的光照射所述光催化部，从而发生光催化作用，促使水电解的速率得到进一步的提高。较佳地，对于所述光催化部的设计，在本实用新型中，优选的方式为，所述光催化部的电解阳极的基层为镍片，在所述镍片的表面缠绕有镍丝网，所述镍丝网表面组装有氧化锌纳米棒阵列，在所述氧化锌纳米棒表面组装有二氧化钛纳米管阵列。
[0016]优选地，在所述阳极管外的壳体上设有透光管，在所述阳极管外部还设有与所述透光管相配合的吸热层，所述透光管与所述底座相连接，即所述透光管和所述吸热层组合成所述加热装置，所述吸热层吸收光产生的热能加热壳体内部的水，从而加速水的电解，进而提高氢气和氧气的产出效率。
[0017]进一步地，所述控制装置包括控制主板，所述阴极导体与所述控制主板相连接，所述阳极导体与所述控制主板相连接；在所述阴极管的顶部还设有通过信号线与所述控制主板相连接的超声波液位传感器；在所述储水腔的壁上设有分别通过信号线与所述控制主板相连接的水位上触点、水位刻度线、水位下触点、压强传感器和温度传感器。
[0018]优选地，在所述阴极管的顶端，所述阴极导体和负极接线端子通过铜堵头连接；所述超声波液位传感器设置在所述铜堵头内，用于测量阴极管内的水位，从而更加高效准确地控制电解水的量。
[0019]进一步地，所述制氢制氧器为管状结构，从而与阴极管和阳极管的管状结构设置相有效配合，整体的管状结构设置不仅结构紧凑、便于安装、节省空间，而且能合理分隔内部腔室。
[0020]进一步地，根据氢气和氧气的实际生产需要，所述供电装置能够根据实际需要进行设置，如在所述支撑装置上设置多个太阳能电池板和/或多个风力发电机，从而为制氢制氧器提供电力来源；所述支撑装置根据实际需要能够为固定立杆等支撑固定制氢制氧器和供电装置的装置。优选地，所述制氢制氧器能够无需任何转换(包括调压、变频、蓄电)即零距离地与各太阳能电池板和/或风力发电机相连接，从而利于提高风力发电机、太阳能电池板所产生的电能利用效率。在具体实际生产应用中，所述制氢制氧器的具体位置与安装方式能够根据实际需要灵活确定，其中，所述太阳能电池板、风力发电机能够直接采用目前成熟的产品；所述支撑装置如固定立杆等能够采用机械强度相当的钢管等材料来制作。
[0021]应用本实用新型制氢制氧系统时，通过所述控制装置向所述电解装置输送电解用的水，控制供电装置通过输入输出装置向所述电解装置供电，电解装置电解水制取氢气和氧气，通过输入输出装置输出，再进行收集存储或利用。所述电解装置设置在所述壳体内，保护电解装置的同时，利于保障电解的安全稳定运行；所述输入输出装置和电解装置由上至下依次相连接设置，利于提高气体和电解水的输送效率；本实用新型中，优化了太阳能电池板和风力发电机与电解装置之间传输设置，减少了如电能转换(包括升压，调频，直流变交流等)以及用蓄电池存储电能等转换环节，有效降低了电能损失，从而充分提高了太阳能、风能利用效率。
[0022]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:设计新颖合理，结构紧凑优化，使光能、风能可再生能源得到充分利用，降低了系统设备成本的同时也大量节约了能源，而且，大幅提高了氢与氧的绿色生产的安全稳定性，从而有效提高了经济效益，实现了高效节约的绿色环保生产，适于在相关生产领域工业化推广应用。
【专利附图】

【附图说明】
[0023]图1为本实用新型制氢制氧系统的结构示意图；
[0024]图2为本实用新型制氢制氧系统的制氢制氧器的主视图；
[0025]图3为本实用新型制氢制氧系统的输入输出装置的主视图；
[0026]图4为本实用新型制氢制氧系统的内部管状结构的示意图；
[0027]图5为本实用新型制氢制氧系统的输入输出装置和电解装置的部分剖视图；
[0028]图6本实用新型氢制氧系统中制氢制氧器的下部剖视图；
[0029]图7本实用新型氢制氧系统中电解装置的的断面图；
[0030]图8为本实用新型制氢制氧系统中制氢制氧器的外部视图；
[0031]图9为本实用新型制氢制氧系统中制氢制氧器的外部管线连接示意图；
[0032]图10为本实用新型制氢制氧系统中与控制装置相关部件的原理结构框图。
[0033]图中所示:1-制氢制氧器；2_太阳能电池板；3_风力发电机；4_支撑装置；5-输入输出装置；6-电解装置；7-底座；8-壳体；9_负极接线端子；10_正极接线端子；11_信号接线端子；12_三通管；13_氧气输出口 ；14_氢气输出口 ；15_隔电密封体；16_阴极引出端子；17_阳引出端子；18_铜堵头；19_绝缘层；20_透光管；21_阴极导体；22_阳极导体；23_氢气腔；24_氧气腔；25_压力传感器；26_水位上触点；27_吸热层；28_温度传感器；29_水位下触点；30_阴阳极隔离膜；31_电解阴极；32_电解阳极；33_镍丝网；34_水位刻度线；35_密封胶垫；36_储水腔；37_泄压排污阀；38_供水电磁阀；39_工作状态指示灯；40_控制主板；41_有机玻璃罩；42_供水管道；43_输送氧气管道；44_输送氢气管道；45-氢气止回组合阀；46_氧气止回组合阀；47_外部连接导线；48_孔；49_氢气通过孔；50-密封胶体；51_超声波液位传感器；52_电解电源控制器；53_人工控制输入装置；54_工作状况输出装置；55_上水位；56_下水位。
【具体实施方式】[0034]实施例1
[0035]如图1和图2所示，本实用新型制氢制氧系统，包括支撑装置4和在所述支撑装置4上固定设置的相连接的制氢制氧器I和供电装置，所述制氢制氧器I包括控制装置以及由控制装置控制的相连接的输入输出装置5和电解装置6 ;其中，所述供电装置为太阳能电池板2和风力发电机3 ;所述制氢制氧器I还包括壳体8，所述控制装置设置在壳体8的内部，输入输出装置5穿过壳体8设置，电解装置6设置在壳体8内；输入输出装置5和电解装置6由上至下依次相连接；输入输出装置5与所述供电装置和控制装置分别相连接。
[0036]上述实施例中，根据氢气和氧气的实际生产需要，所述供电装置作为制氢制氧器的供电来源，能够根据实际需要进行设置，如只安装太阳能电池板2或风力发电机3，或者，在支撑装置4上设置多个太阳能电池板2和/或多个风力发电机3 ;所述支撑装置4根据实际需要能够为固定立杆等支撑固定制氢制氧器I和供电装置的装置，如采用固定钢管立杆等机械强度相当的材料来制作；在实际应用中，所述制氢制氧器I的具体位置与安装方式能够根据实际需要灵活确定，所述制氢制氧器I能够无需任何转换(包括调压、变频、蓄电)即零距离地与各太阳能电池板2和/或风力发电机3相连接，从而利于提高风力发电机3、太阳能电池板2所产生的电能利用效率；所述太阳能电池板2、风力发电机3能够直接采用目前成熟的产品；为便于安装和节省空间，所述制氢制氧器I优选设置为管状结构。
[0037]应用本实用新型制氢制氧系统时，通过所述控制装置向电解装置6输送电解用的水，控制供电装置通过输入输出装置5向电解装置6供电，电解装置6电解水制取氢气和氧气，通过输入输出装置5输出，再进行收集存储或利用。在上述应用过程中，因所述电解装置6设置在壳体8内，使电解装置6得到保护的同时，利于保障电解的安全稳定运行；所述输入输出装置5和电解装置6由上至下依次相连接设置，能够利于提高气体和电解水的输送效率；太阳能电池板2和风力发电机3与电解装置6之间的优化传输设置，减少了如电能转换(包括升压，调频，直流变交流等)以及用蓄电池存储电能等转换环节，有效降低了电能损失，从而充分提高了太阳能、风能利用效率。
[0038]实施例2
[0039]如图1和图2所示，一种制氢制氧系统的设置及分布同实施例1，还包括如下设置:
[0040]在所述壳体8内还设置有与所述电解装置相连接的光催化装置，所述光催化装置的设置使光能的利用更加充分，使水在电解的同时也能够进行光催化反应，从而使氢气与氧气的制备效率大幅提升。
[0041]实施例3
[0042]如图1和图2所示，一种制氢制氧系统的设置及分布同实施例1，还包括如下设置:
[0043]在所述壳体8内还设置有加热装置，所述加热装置能够加热壳体内部的水，从而加速水的电解，进而提高氢气和氧气的产出效率。
[0044]在上述实施例中，也能够结合实施例2的光催化装置进行组合设置，从而更有效地提高氢气与氧气的制备效率。
[0045]实施例4
[0046]如图1和图2所示，一种制氢制氧系统的设置及分布同实施例1，还包括如下设置:
[0047]如图3至图9所示，所述输入输出装置5包括穿过所述壳体8设置的负极接线端子9、正极接线端子10、信号接线端子11、氧气输出口 13和氢气输出口 14以及氢气通过孔49 ；
[0048]在所述电解装置6与输入输出装置5相对的一端设置有底座7，底座7上焊有三通管12，所述三通管12上安装有供水电磁阀38和泄压排污阀37 ；
[0049]所述电解装置6包括在所述壳体8内设置的阴极管和阳极管，所述阳极管包裹在所述阴极管的外部，所述阴极管与所述底座7相连接，在所述阴极管内部的空腔为氢气腔23，所述阳极管与壳体8之间的空腔为氧气腔24 ；
[0050]所述阴极管包括由上至下依次相连接的阴极导体21和电解阴极31，所述阳极管包括由上至下依次相连接的阳极导体22和电解阳极32 ；
[0051]在所述电解阴极31和电解阳极32之间的空腔为储水腔36，在所述电解阴极31和电解阳极32上均设有多个孔48 ;所述储水腔36与所述氢气腔23的下部和氧气腔24的下部相连通；
[0052]所述氧气输出口 13与所述氧气腔24相通；
[0053]所述氢气输出口 14与所述氢气腔23相通；
[0054]所述三通管12与所述储水腔36相通；
[0055]所述负极接线端子9与所述正极接线端子10分别与所述供电装置相连接；
[0056]所述信号接线端子11与所述控制装置相连接。
[0057]上述实施例中:
[0058]所述底座I优选为不锈钢底座，所述底座I的设置能够有效支撑保护电解装置，尤其是对电极管的保护得到有效增强，从而利于增强系统整体运行的安全稳定性；而供水电磁阀38和泄压排污阀37的设置，则大大方便了电解用水的输送和排出，同时也便于及时泄压和排除电解水中的杂质沉淀以及其他污垢，从而进一步保障系统整体运行的安全稳定性；
[0059]所述三通管12作为水管接入口，对于三通管12的设置，较佳地，所述三通管12为不锈钢三通管，三通管12的上口与不锈钢底座7焊接在一起，三通管12的中口与供水电磁阀38相连，三通管12的下口接泄压排污阀37，能够自动泄压并兼做排水排污；
[0060]所述阳极导体21和阴极导体21通过隔电密封体15相连接；所述输入输出装置5和所述阴极管、阳极管、壳体8之间的连接处通过隔电密封体15和密封胶体50密封连接；在所述阴极导体21和阳极导体22的外围均包裹有绝缘层19，在所述阴极管和阳极管与壳体8及其他易产生漏电联电安全隐患处设密封胶垫35、隔电密封体15和密封胶体50进行隔离；通过上述设置能够有效地使所述氢气腔23和氧气腔24达到隔电密封的相隔离效果；并且通过隔电密封体15、密封胶垫35和绝缘层19等绝缘密封设置能够更好地保障所述制氢制氧器的电解装置运行安全稳定，其中，所述隔电密封体15优选为耐腐蚀的绝缘塑料制品，质轻，便于安装设置；
[0061]为进一步保障氢气与氧气的制备效果，在所述电解阴极31和电解阳极32之间设置有阴阳极隔离膜30，所述阴阳极隔离膜30为氢离子交换树脂膜；所述阴阳极隔离膜30只允许氢离子通过，其设置确保了分别进入氢气腔23和氧气腔24中的氢气和氧气的纯度，而且，由于氢离子交换树脂膜很薄，电极与膜氢离子交换树脂之间的距离接近零，有效降低了内部阻抗，也减少了电能损失，使制氢制氧的效率大幅提高；
[0062]在所述电解阴极31和电解阳极32上多个小孔48孔的设置，使所述储水腔36与氢气腔23的下部和氧气腔24的下部达到有效连通，从而利于制得的氢气和氧气均匀而快速地进入氢气腔23和氧气腔24，也使得电解水用量得到保障，并方便电解水用量的控制；对于孔48的孔径以通过的气流能够保持整个装置内的压力稳定为基准进行设计；
[0063]此外，所述阴极管和阳极管的管状结构设置，使电解阴极31和电解阳极32的电极面积增加，利于提闻电解的效率。
[0064]本实用新型制氢制氧系统的应用同实施例1，其中，所述供电装置通过外部连接导线47、负极接线端子9和正极接线端子10与控制主板相连，再通过控制主板上的电解电源控制器与阴极引出端子16、铜堵头18、阴极导体21、电解阴极31，以及阳极引出端子17、阳极导体22，电解阳极32形成供电回路，对所述储水腔36内的水进行电解，氢离子穿过阴阳极隔离膜30在电解阴极31处被还原生成氢气，所得氢气穿过电解阴极31上的孔进入氢气腔23，氢氧根离子在电解阳极32处被氧化成氧气，所得氧气穿过电解阳极32上的孔进入氧气腔24，氢气腔23中的氢气经氢气输出口 14输出，氧气腔24中的氧气经氧气输出口 13输出，整个过程中，氢气和氧气均由下而上输出。基于本实用新型的优化结构设置，在保障提高效率的同时也使系统的安全运行得到了充分保障。需要说明的是，在本实施例中的各结构设置也适用于实施例2和实施例3。
[0065]实施例5
[0066]如图1至图9所示，一种制氢制氧系统的设置及分布同实施例3，还包括如下设置:
[0067]所述电解阳极32上还设有能接收到阳光的光催化部，在所述阳极管外的壳体8上设有透光管20，所述光催化部与透光管20的组合即为光催化装置，其中，所述光催化部的设计如下:所述光催化部的电解阳极32的基层为镍片，在所述镍片的表面缠绕有镍丝网33，所述镍丝网33表面组装有氧化锌纳米棒阵列，在所述氧化锌纳米棒表面组装有二氧化钛纳米管阵列。
[0068]在上述实施例中，在所述阳极管外部还设有与透光管20相配合的吸热层27，所述透光管20与所述底座7相连接，具体地，透光管20的上下端通过丝牙分别与输入输出装置5和不锈钢底座7相固定连接；透光管20和吸热层27组合成加热装置，吸热层27吸收光产生的热能加热壳体8内部的水，从而加速水的电解，进而提高氢气和氧气的产出效率。
[0069]本实用新型制氢制氧系统的应用同实施例3，其中，所述光催化装置的设置能够使光能的利用更加充分，通过透光管20透射的光照射所述光催化部，从而发生光催化作用，使水在电解的同时也能够进行光催化反应，促使水电解的速率得到进一步的提高，从而使氢气与氧气的制备效率大幅提升，具体的光催化部的设计也能够采用现有的其他的光催化材料进行设置，但是在本实施中所述的光催化部的设置能够有效避免副作用的产生，具有较好的效果，其中，氧化锌、二氧化钛的禁带宽度都比较宽，当光辐照能量足够时，经紫外光照射激发，半导体价带上的电子就会跃到导带，从而便会在导带和价带的相应位置上产生电子和空穴(光生载流子)；同时，在电解阴极31和电解阳极32间电压的作用下，电子和空穴会加速分离；在光生电子和空穴分离后，具有氧化性的空穴会把水中的OH-氧化成氧气；具有还原性的电子会把水中的H+还原成氢气。在上述制氢制氧系统的运行过程中，太阳辐射透过透光管20，被吸热层27吸收，还能加热储水腔36内的水，从而减小制氢制氧的电能消耗。
[0070]所以，在本实用新型中，不仅能够实现将光催化与电解水相结合，而且，还能够实现风光电热协同作用水解制氢制氧，使氢气与氧气的制备效率得到高效提升；此外，本实用新型中制氢制氧器I的管状结构设计，体积小，安装方便，其中，在保证透过管20能获得阳光的前提下，制氢制氧器I的安装位置和方式能够根据实际空间等需要进行灵活确定，能够最大限度地靠近供电装置，利于实现电能的接近零距离的传输，从而充分提高能源的利用效率。
[0071]实施例6
[0072]如图1至图10所示，一种制氢制氧系统的设置分布及应用同实施例3，还包括如下
设置:
[0073]所述控制装置包括控制主板40，所述阴极导体21通过阴极引出端子16与控制主板40相连接，所述阳极导体22通过阳极引出端子17与控制主板40相连接；在所述阴极管的顶部还设有通过信号线与控制主板40相连接的超声波液位传感器51 ;在所述储水腔36的壁上设有分别通过信号线经由信号接线端子11与控制主板40相连接的水位上触点26、水位下触点29、水位刻度线34、压强传感器25、温度传感器28、电解电源控制器52、工作状态指示灯39 ;其中，在所述制氢制氧器I内还设置有供水管道42、输送氧气管道43和氧气止回组合阀46、输送氢气管道44和氢气止组合回阀45，供水电磁阀38通过供水管道42与所述储水腔36相连接，所述氢气止回组合阀45通过输送氢气管道44与氢气输出口 14相连接，所述氧气止回组合阀46通过所述输送氧气管道43与氧气输出口 13相连接；所述控制主板40通过负极接线端子9与所述正极接线端子10与所述外部供电装置相连接，并通过信号接线端子11与外部控制线路相连；为更进一步地保障运行的安全稳定，在所述阴极管的顶端即所述阴极导体21的顶部设有通过丝牙紧密连接的铜堵头18，所述铜堵头18的周围均有绝缘密封胶保护，铜堵头18与阴极引出端子16相连接，所述超声波液位传感器51设置在所述铜堵头18内。用于测量阴极管内的水位，从而更加高效准确地控制电解水的量；为进一步加强对整个制氢制氧器I的保护，控制主板上的指示灯39能通过不同颜色的灯光透过机玻璃罩41显示系统的工作状况；为更加方便控制，尤其在拥有多台本实用新型的制氢制氧器的地方，还能利用控制主板上的人工控制输入装置53和工作状况输出装置54组建网络，进行远程监控。
[0074]上述实施例中:
[0075]通过控制主板40能够有效地控制储水腔36内的水位变化，使水位变化控制在水位上触点26和水位下触点29之间；在水位的控制中，控制主板40能根据水位上触点26和水位下触点29之间的电阻变化以及超声波液位传感器的数据，控制所述供水电磁阀38的开启和关闭；当上水位55高于水位上触点26时，控制主板40控制供水电磁阀38自动断电、关闭；当下水位56低于水位下触点29时，两个水位触点之间的电阻增大，控制主板40控制供水电磁阀38的开启，通过供水管道42加水至水位刻度线34 ;此过程的水位控制不仅能保证制氢制氧的用水需要，也能利用水位充分隔断氢气腔23与氧气腔24 ;而且，超声波液位传感器51用于测量阴极管内的水位，从而更加高效准确地控制电解水的量，从而为系统运行的安全稳定性进一步提供了保障；
[0076]泄压排污阀37不仅能够手动开启以排出内部的沉淀物，而且还能够根据实际生产需要开启作为自动泄压装置，以防止制氢制氧器I因内部压力过大而损坏；所述压力传感器25和温度传感器28能把制氢制氧器I的内部温度和压力传给控制主板40进行信息处理，从而对制氢制氧工序进行相应控制，为系统的安全运行提供保障；所述氢气止回组合阀45和氧气止回组合阀46能有效防止气体回流，氢气腔23和氧气腔24内的气压达到设定值后会自动输出至输气管道；所述控制主板40通过电解电源控制器52对电解装置的供电；所述控制主板40上装有工作状态指示灯39，将整个系统各部件的运行状态进行显示；所述控制主板40还能通过外部线路(包括无线网)将工作状况传至其他控制系统，并接受外部的控制指令，在实际生产中，还能够根据实际需要加设其他装置，通过控制主板40进行有效控制。
[0077]本实用新型不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本实用新型的构思和所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种制氢制氧系统，包括支撑装置和在所述支撑装置上固定设置的相连接的制氢制氧器和供电装置，所述制氢制氧器包括控制装置以及由控制装置控制的相连接的输入输出装置和电解装置；其特征在于:所述供电装置为太阳能电池板和风力发电机中的一种或者两种，所述制氢制氧器还包括壳体，所述控制装置设置在所述壳体的内部，所述输入输出装置穿过所述壳体设置，所述电解装置设置在所述壳体内；所述输入输出装置和电解装置由上至下依次相连接；所述输入输出装置与所述供电装置和控制装置分别相连接。
2.根据权利要求1所述的制氢制氧系统，其特征在于:在所述壳体内还设置有与所述电解装置相连接的光催化装置。
3.根据权利要求1所述的制氢制氧系统，其特征在于:在所述壳体内还设置有加热装置。
4.根据权利要求1、2或3所述的制氢制氧系统，其特征在于:所述输入输出装置包括穿过所述壳体设置的负极接线端子、正极接线端子、信号接线端子、氧气输出口和氢气输出n ； 在所述电解装置与输入输出装置相对的一端设置有底座，所述底座上焊有三通管，所述三通管上安装有供水电磁阀和泄压排污阀； 所述电解装置包括在所述壳体内设置的阴极管和阳极管，所述阳极管包裹在所述阴极管的外部，所述阴极管与所述底 座相连接，在所述阴极管内部的空腔为氢气腔，所述阳极管与壳体之间的空腔为氧气腔； 所述阴极管包括由上至下依次相连接的阴极导体和电解阴极，所述阳极管包括由上至下依次相连接的阳极导体和电解阳极； 在所述电解阴极和电解阳极之间的空腔为储水腔，在所述电解阴极和电解阳极上均设有多个孔；所述储水腔与所述氢气腔的下部和氧气腔的下部相连通； 所述氧气输出口与所述氧气腔相通； 所述氢气输出口与所述氢气腔相通； 所述三通管与所述储水腔相通； 所述负极接线端子与所述正极接线端子分别与所述供电装置相连接； 所述信号接线端子与所述控制装置相连接。
5.根据权利要求4所述的制氢制氧系统，其特征在于:所述阳极导体和阴极导体通过隔电密封体相连接；所述输入输出装置和所述阴极管、阳极管、壳体之间的连接处通过隔电密封体密封连接；在所述阴极导体和阳极导体的外围均包裹有绝缘层。
6.根据权利要求4所述的制氢制氧系统，其特征在于:在所述电解阴极和电解阳极之间设置有阴阳极隔离膜，所述阴阳极隔离膜为氢离子交换树脂膜。
7.根据权利要求4所述的制氢制氧系统，其特征在于:所述阳极上还设有能接收到阳光的光催化部；在所述阳极管外的壳体上设有透光管。
8.根据权利要求7所述的制氢制氧系统，其特征在于:所述光催化部的阳极的基层为镍片，在所述镍片的表面缠绕有镍丝网，所述镍丝网表面组装有氧化锌纳米棒阵列，在所述氧化锌纳米棒表面组装有二氧化钛纳米管阵列。
9.根据权利要求4所述的制氢制氧系统，其特征在于:在所述阳极管外的壳体上设有透光管，在所述阳极管外部还设有与所述透光管相配合的吸热层，所述透光管与所述底座相连接。
10.根据权利要求4中任一项所述的制氢制氧系统，其特征在于:所述控制装置包括控制主板，所述阴极导体与所述控制主板相连接，所述阳极导体与所述控制主板相连接； 在所述阴极管的顶部还设有与所述控制主板相连接的超声波液位传感器； 在所述储水腔的壁上设有分别与所述控制主板相连接的水位上触点、水位刻度线、水位下触点、压强传感 器和温度传感器。
【文档编号】C25B9/04GK203474901SQ201320461075
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】孙誉宁, 孙王虎 申请人:孙誉宁, 孙王虎